JP5011301B2 - 航空機に対する垂直乱気流の影響を軽減するための方法と装置 - Google Patents
航空機に対する垂直乱気流の影響を軽減するための方法と装置 Download PDFInfo
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行中航空機が出会う少なくとも１つの垂直乱気流の航空機に対する影響を軽減するための方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
− 飛行中、垂直風の襲撃による激しい乱気流が航空機レベルで、
− 航空機の乗客に危害を与え得る、垂直負加因子の顕著な変化と、
− 他の航空機との衝突の危険を増加させる航空機の顕著な高度揺動と、
− 翼の負荷制限に負担をかける翼に対する揚力の揺動、
を引き起こすことはよく知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この激しい乱気流は晴れた空に現れ、予想できない。局部的であるこの現象は、しばしば、航空機の乗務員と搭載操縦システムとの両方を驚かせ、その結果航空機レベルで生じる影響を軽減するための適切な操縦を行なう時間がない。
【０００４】
輸送機にとって、負の垂直負荷因子の出現は、しっかりと固定されていない乗客にとっては非常に危険であり、確かに天井に投げつけられ、重症を負う危険がある。
【０００５】
上記の問題は起こり得る垂直乱気流のプロフィールの多様性により強調される。
【０００６】
本発明の目的はこれらの欠点を解消することであり、飛行中、出会う少なくとも１つの垂直乱気流の航空機、特に、輸送機に対する影響を、特に効果的に軽減できる方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため、本発明によれば、この方法は、飛行中、以下の一連の連続する工程、
ａ) 航空機の外側の風の垂直成分が航空機の現在の位置で決定するために、
ａ１) 航空機の複数のパラメータの実際値が、
・ 慣性プラットフォーム(Ｃ３)により、地上に対する飛行機の垂直速度Ｖｚと、水平に対する飛行機の翼の傾斜角度φと、水平に対する飛行機の姿勢θと、そのピッチ率ｑとが、
・ 風力測定プローブ(Ｃ４)により、この飛行機がその中を移動する空気の質量に対する飛行機の速度Ｖtasが、
・ 入射プローブ(Ｃ１)により、飛行機の入射角度が、
・ 横すべりプローブ(Ｃ２)により、飛行機の横すべり角度βが
航空機の現在の位置でそれぞれ測定され、
ａ２) 上記の風の垂直成分Ｗｚが、ｌを入射プローブ(Ｃ１)と飛行機の重心との間の代数学的距離としたとき、上記の測定された実際値を考慮して以下の式により計算され、
ｂ) 上記の風の垂直成分により、航空機の外側の垂直乱気流に関する激しさのレベルが上記の現在の位置で決定され、この垂直乱気流の激しさのレベルが、航空機の平衡状態での負荷因子と、垂直乱気流から生じる負荷因子との間の垂直負荷因子の偏差を関数として決定され、
ｃ) 上記の風の垂直成分により、少なくとも１つの制御指令が、航空機の揚力に作用できる少なくとも１つの制御可能な可動部材のために計算され、この制御指令は、垂直乱気流により航空機に生じる負荷因子の大きさを減少することのできるものであり、
ｄ) 少なくとも上記の激しさのレベルに依存する起動条件が実現しているかどうか確認するため照合がなされ、
ｅ) 上記の起動条件が実現していれば、上記の制御指令が上記の制御可能な可動部材の少なくとも１つの作動器に伝達される、
が自動的および繰り返し実施されることを特徴とする。
【０００８】
よって、本発明により、垂直乱気流の激しさのレベルは、この垂直乱気流の影響を軽減するための操作を行なうことが必要か否かを確認するために決定される。
【０００９】
そのような操作が必要であれば、航空機の全揚力は(上記の可動部材により)作用し、これにより航空機の客室のどの点でも垂直負荷因子の大きさを減少することができる。
【００１０】
こうして、本発明は、上記のタイプの激しい垂直乱気流により生じる垂直負荷因子の急激な変化に対抗できる。
【００１１】
加えて、望ましい方法では、垂直乱気流の激しさのレベルは、航空機の平衡状態での負荷因子と、垂直乱気流から生じる負荷因子との間の垂直負荷因子の偏差を関数として決定される。
【００１２】
この場合、上記の激しさのレベルは
− 垂直負荷因子の偏差が第１の所定値未満あるいはこれに等しい時は、第１のレベルに、
− 垂直負荷因子の偏差が上記の第１の所定値より大きく、かつ第２の所定値未満の時は、第２のレベルに、
− 垂直負荷因子の偏差が上記の第２の所定値より大きいかあるいはこれに等しい時は、第３のレベルに、
対応するのが好ましい。
【００１３】
第１の変形例では、垂直乱気流の上記の激しさのレベルは、風の垂直成分とその導函数との２つの線形結合に基づき決定され、第２の変形例では、上記の激しさのレベルは２つの確率の計算に基づき決定される。
【００１４】
加えて、特定の実施例では、
− 上記の制御指令は、風の垂直成分とその導函数との線形結合に基づき計算され、
− 上記の起動条件は、垂直乱気流の激しさのレベルと、上記の制御指令の値と所定の閾値との偏差との両方に依存する。
【００１５】
特定の実施例では、飛行機に対しては、制御指令が、飛行機の可動部材、即ちスポイラと補助翼との少なくとも１つに伝達され、上記の可動部材の制御により生じるピッチ・モーメントを補うように為された少なくとも１つの補助制御指令が決定され(そして飛行機の昇降舵に伝達され)る。
【００１６】
本発明は、飛行中、出会う少なくとも１つの垂直乱気流の航空機、特に、輸送機に対する影響を軽減できる装置にも関する。
【００１７】
このため、本発明によれば、この装置は、
− 航空機の揚力に作用できる少なくとも１つの制御可能な可動部材と、
− 航空機の外側の風の垂直成分を、航空機の現在の位置で決定する、
航空機の複数のパラメータの実際値を上記の現在の位置で自動的に測定する、少なくとも１つの慣性プラットフォームと、少なくとも１つの風力測定プローブと、少なくとも１つの入射プローブとを具備する１組の測定要素と、
・ 上記の風の垂直成分を、上記の測定された実際値を考慮して自動的に計算する計算手段とからなる第１手段と、
− この風の垂直成分により、航空機の外側の垂直乱気流に関する激しさのレベルを上記の現在の位置で自動的に決定する第２手段であって、この垂直乱気流の激しさのレベルを、航空機の平衡状態での負荷因子と、垂直乱気流から生じる負荷因子との間の垂直負荷因子の偏差を関数として決定するものと、
− 上記の風の垂直成分により、少なくとも１つの制御指令を、上記の制御可能な可動部材に対し自動的に計算する第３手段であって、この制御指令が、垂直乱気流により航空機に生じる負荷因子の大きさを減少することのできるものと、
− 少なくとも上記の激しさのレベルに依存する起動条件が実現しているかどうかを自動的に確認し、この起動条件が実現していれば上記の制御指令を上記の制御可能な可動部材の少なくとも１つの作動器に自動的に伝達する第４手段とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
よって、本発明による装置は垂直乱気流によって生じる垂直負荷因子の大きさを航空機のどの点においても軽減でき、また、その大きさのどの変化も減少させることができる。
【００１９】
更に、本発明によるこの装置は、揚力に影響を及ぼす任意のタイプの少なくとも１つの可動要素(スポイラ、補助翼)を備えたどのタイプの航空機(軍事用、民間用のもの)に設置できるという利点を呈する。
【００２０】
特定の実施例では、上記の第１手段は、
− 航空機の複数個の実際値を、上記の現在の位置で自動的に測定するための１組の測定要素と、
− 上記の測定された実際値を考慮して、風の垂直成分を自動的に計算するための計算手段とからなる。
【００２１】
上記１組の測定要素は、少なくとも１つの慣性プラットフォームと、少なくとも１つの風力測定プローブと、少なくとも１つの入射プローブならびに少なくとも１つの横すべりプローブとからなるのが好ましい。この横すべりプローブの使用により風の垂直成分の正確さを増加できる。一般に、上記の測定要素は航空機に既に存在しており、よって、特に本発明による装置の費用を削減できる。
【００２２】
更に、上記の装置の費用を削減するため、上記の第２および第３手段ならびに上記の計算手段は航空機の自動操縦システムの１部を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
添付図面の図により、本発明が実施される方法を明確にする。これらの図中、同一符号は同一要素を示す。
図１に略示されている、本発明に係る装置１は、飛行中出会う少なくとも１つの垂直乱気流の、航空機(図示略)、例えば、輸送機に対する影響を軽減するようになされている。乱気流は、空気の平均移動に重ね合わせられ、連続的に変形するでたらめな移動からなる空気の攪拌に相当することは既知である。乱気流は、雲の内側あるいはその近辺(例えば、反対向きの垂直気流が共存する嵐雲中)に出会う。また、地上に近くあるいは主としてジェット・ストリームに近接する非常に高い高度でも晴れた空に乱気流が存在する。
【００２４】
本発明によれば、上記の装置１は
− 航空機の揚力に作用できる少なくとも１つの制御可能な可動部材２と、
− 航空機の外側の風の垂直成分Ｗｚを、航空機の現在の位置で決定する以下に記載の手段３と、
− 上記の手段３から受け取った風の垂直成分Ｗｚにより、上記の現在の位置で航空機の外側の垂直乱気流を特徴付ける激しさのレベルを自動的に決定する手段４と、
− リンク６を介して受け取った垂直風構成要素Ｗｚにより、上記の制御可能な可動部材２に対する制御指令を、連続的に自動計算する手段５とからなる。
【００２５】
上記の制御指令は、以下のようにして、垂直乱気流によって航空機に生じる負荷因子の大きさを減少することができる。
・ (少なくとも、上記の手段４からリンク７を介して受け取った激しさのレベルに依存する)起動条件が実現しているか否か自動的に確認し、
・ 上記の起動条件が実現しており、そしてこの場合のみ、リンク９を介して、上記の制御可能な可動部材２の標準作動器８に上記の計算された制御指令を自動的に伝達する。
【００２６】
よって、本発明による装置１は垂直乱気流の激しさのレベルを決定し、垂直乱気流の影響を軽減するための操作を実施することが必要かどうかを確認する。そのような操作が必要な場合、上記の装置１は、(上記の可動部材２により)航空機の全揚力に作用し、客室のどの点においても航空機の垂直負荷因子の大きさを減少できる。こうして、本発明による装置１は、激しい垂直乱気流により生じ、一般的に急激な垂直負荷因子の変化に対抗できる。
【００２７】
好ましい実施例では、風の垂直成分Ｗｚを決定するようになされた手段３は、
− 航空機の複数のパラメータの実際値を上記の現在の位置で測定する以下に記載の測定ユニット１０と、
− 上記の測定ユニット１０にリンク１２を介して連結されており、上記の風の垂直成分Ｗｚを、上記の測定ユニット１０により測定された実際値を考慮して計算するように形成されている計算手段１１とからなる。
【００２８】
この目的のため、上記の測定ユニット１０は航空機の上記パラメータの実際値を測定するようになされた複数の測定要素あるいはセンサＣ１、Ｃ２、……、Ｃｎからなる。
【００２９】
上記の計算手段１１は、リンク１３を介して上記の手段４に、そしてリンク６を介して上記手段５に連結されている。
【００３０】
特定の実施例では、上記の手段４と５および計算手段１１は、航空機の標準自動操縦システムの、例えば、１部を形成する中央ユニット１５内に統合されている。そのような自動操縦装置は一般に航空機に既に存在するので、この特定の実施例は本発明による装置１の費用を低減しこの実施を簡単にすることができる。
【００３１】
特定の実施例では、上記の手段５は、垂直乱気流の激しさのレベルを、航空機の平衡状態で存在する負荷因子と、垂直乱気流に応答して存在する負荷因子との間の垂直負荷因子の偏差を関数として決定する。
【００３２】
この場合、上記の激しさのレベルは
− 上記の垂直負荷因子の偏差が第１の所定値、例えば０.３ｇ未満あるいはこれに等しい時で、ｇは重力により地球の表面に生じる加速値に対応するものである、(例えばレベル０と呼ばれる)第１のレベルに、
− 上記の垂直負荷因子の偏差が上記の第１の所定値(例えば、０.３ｇ)より大きくて、第２の所定値、例えば０.５ｇ未満の時は、(例えば、レベル１と呼ばれる)第２のレベルに、
− 上記の垂直負荷因子の偏差が上記の第２の所定値(例えば、０.５ｇ)より大きいかあるいはこれに等しい時は、(例えば、レベル２と呼ばれる)第３のレベルに、
対応する。
【００３３】
第１の変形例では、上記の手段４は、垂直乱気流の上記の激しさのレベルを風の垂直成分Ｗｚとその導函数との２つの直線状の組み合わせに基づき決定する。そのような直線状の組み合わせの係数は、上記のレベルが演算法により最も良く認識されるように最適化される。これらの組み合わせの１つが第１の所定閾値を越えると、レベル１が得られ、他方が第２の閾値を越えると、レベル２が得られる。レベル２がレベル１を優先する。
【００３４】
更に、第２の変形例では、上記の激しさのレベルは、２つの確率、即ち、一方は、第１の所定値以上、例えば０.３ｇ以上の(将来の所定時間、例えば１秒以内)の垂直負荷因子の偏差を経験する確率であり、他方は第２の所定値以上、例えば、０.５ｇ以上の(この将来の所定時間の間)垂直負荷因子の偏差を経験する確率の計算に基づき上記の激しさのレベルを決定する。これらの２つの確率は手段３から受け取った垂直風構成要素Ｗｚと、航空機の入射角αと、航空機のピッチ率ｑとに基づき計算される。０.３ｇの偏差と組み合わせられた確率が所定の閾値を越えると、レベル１が得られる。０.５ｇの偏差と組み合わせられた確率がもう１つの所定の閾値を越えると、レベル２が得られる。確率の式はニューラル・ネットのトレイニングに基づき得られる。レベル２がレベル１を優先する。
【００３５】
更に、特定の実施例では、上記の手段５は上記の可動部材２に対する制御指令を、風の垂直成分Ｗｚとその導函数との直線状の組み合わせに基づき計算する。
【００３６】
更に、手段５が考慮する上記の起動条件は、リンク７を介して上記の手段４から受け取った、垂直乱気流の激しさのレベルと、所定の閾値と比較される上記の制御指令の値とに依存する。システムを作動させるためには(即ち起動条件を実現させるためには)、上記の例では、激しさのレベルが少なくともレベル１であり、制御指令が所定の閾値を越える必要がある。その後、制御指令が、レベル２が現れることなく所定時間の間所定値未満であれば、制御指令はキャンセルされる。入射の導函数が負であり、激しさのレベルがレベル２からレベル１に行く場合も制御指令はキャンセルされる。
【００３７】
飛行機に応用される、図２に示されている好ましい実施例では、上記の測定ユニット１０は、リンク１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを介して、上記の計算手段１１に連結されるセンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４として、
− 飛行機の入射角度αを測定するための標準入射プローブＣ１と、
− 飛行機の横すべり角度βを測定するための標準横すべりプローブＣ２と、
− 地上に対する飛行機の垂直速度Ｖｚと、水平に対する飛行機の翼の傾斜角度φ と、水平に対する飛行機の姿勢θと、そのピッチ率ｑとを測定するための標準慣性プラットフォームＣ３と、
− 飛行機がその中を移動する空気の質量に対する飛行機の速度Ｖtasを測定するための標準風力測定プローブＣ４と
を備える。
【００３８】
この例において、上記の計算手段１１は風の垂直成分Ｗｚを以下の式により計算し、
式中 ｌは入射プローブＣ１と飛行機の重心Ｃ２との間の代数学的距離を示す。
【００３９】
更に、図２のこの例では、入射プローブＣ１ はリンク１６Ａを介して手段４と連結されて、入射角αを与え、慣性プラットフォームＣ３はリンク１６Ｃを介して上記の手段４と連結されてピッチ率ｑを与える。この入射角αとピッチ率ｑとは、上記の第２変形例に従って、垂直乱気流の激しさのレベルを決定するための手段４により使用される。
【００４０】
更に、図２の例では、本発明による装置１は可動部材として、
− 飛行機の翼１７に取り付けられており、リンク９Ａを介して上記の手段５に連結されている標準作動手段８Ａと連携する少なくとも１つの標準スポイラ２Ａと、
− 翼１７に取り付けられており、リンク９Ｂを介して上記の手段５に連結されている標準作動器８Ｂと連携している少なくとも１つの標準補助翼２Ｂとを備える。
【００４１】
前記のように、スポイラ２Ａと補助翼２Ｂとに対する制御指令は風の垂直成分Ｗｚとその導函数との直線状の組み合わせに基づいて得られる。
【００４２】
更に、特定の実施例では、上記の手段５は更に補助制御指令を決定し、この補助指令をリンク１８を介して、飛行機の水平尾部２１に取り付けられている標準昇降舵２０の標準作動器１９に伝達する。この補助制御指令は、スポイラ２Ａと補助翼２Ｂとの(本発明による)制御により生じるピッチ・モーメントを補うようになされている。上記の補助制御指令は、飛行ケース(飛行機の質量、プラットフォーム、速度および高度)に基づき計算されたゲインに従って、スポイラ２Ａと補助翼２Ｂとに比例する。色々の指令は同位相に置かれる。同位相に置くとは、各可動部材（可動部材２Ａ、２Ｂ；昇降舵２０)が設定点値を得るためのに要する時間を均等化することである。この時間は(可動部材２Ａ、２Ｂ；昇降舵２０)の内の最も遅い可動要素の時間に選択される。
【００４３】
勿論、本発明に従って決定された制御指令は、可動要素(可動部材２Ａ、２Ｂ；昇降舵２０)の作動器８Ａ、８Ｂ、１９に伝達される前に、航空機のその他の操縦部材によって標準の方法で提供された指令に重ね合わされる。よって、本発明による装置１は、航空機の自動飛行制御システムに対するように航空機の手動飛行制御システムにも同様によく適合する。
【００４４】
本発明による装置１は、よって、垂直乱気流により生じる垂直負荷因子の大きさを航空機のどの点でも軽減できる。また、この大きさのどの変化も減少することもできる。
【００４５】
更に、本発明によるこの装置１は、航空機の揚力に影響を及ぼす任意のタイプの少なくとも１つの可動部材(スポイラ２Ａ、補助翼２Ｂ)を備えたどのタイプの航空機(軍事用、民間用、商用のもの)にも設置できるという利点を呈する。
【００４６】
本発明の枠内では、風の垂直成分Ｗｚの上記の計算モードは特定のプローブあるいは航空機のシステムの外側の情報、例えば、地上あるいはその他の航空機から受け取った気象報告通信に補充あるいはこれと交換してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】 本発明に係る装置を示す略図である。
【図２】 本発明に係る装置の特定の実施例を示す略図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…垂直乱気流の航空機に対する影響を軽減できる装置、２・２Ａ・２Ｂ…可動部材(２Ａ…スポイラ、２Ｂ…補助翼)、３…第１手段、４…第２手段、５…第３手段、８・８Ａ・８Ｂ…作動器、１０…１組の測定要素、１１…計算手段、１５…自動操縦装置、２０…昇降舵、Ｖｚ…地上に対する飛行機の垂直速度、φ…水平に対する飛行機の翼の傾斜角度、θ…水平に対する飛行機の姿勢、ｑ…ピッチ率、Ｖtas…空気の質量に対する飛行機の速度、α…飛行機の入射角度、β…飛行機の横すべり角度、Ｗｚ…風の垂直成分、ｌ…入射プローブと飛行機の重心との間の代数学的距離、Ｃ１・Ｃ２・Ｃ３・Ｃ４・Ｃｎ…測定要素(Ｃ１…入射プローブ、Ｃ２…横すべりプローブ、Ｃ３…慣性プラットフォーム、Ｃ４…風力測定プローブ)。
【０００１】
本発明は、飛行中航空機が出会う少なくとも１つの垂直乱気流の航空機に対する影響を軽減するための方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
− 飛行中、垂直風の襲撃による激しい乱気流が航空機レベルで、
− 航空機の乗客に危害を与え得る、垂直負加因子の顕著な変化と、
− 他の航空機との衝突の危険を増加させる航空機の顕著な高度揺動と、
− 翼の負荷制限に負担をかける翼に対する揚力の揺動、
を引き起こすことはよく知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この激しい乱気流は晴れた空に現れ、予想できない。局部的であるこの現象は、しばしば、航空機の乗務員と搭載操縦システムとの両方を驚かせ、その結果航空機レベルで生じる影響を軽減するための適切な操縦を行なう時間がない。
【０００４】
輸送機にとって、負の垂直負荷因子の出現は、しっかりと固定されていない乗客にとっては非常に危険であり、確かに天井に投げつけられ、重症を負う危険がある。
【０００５】
上記の問題は起こり得る垂直乱気流のプロフィールの多様性により強調される。
【０００６】
本発明の目的はこれらの欠点を解消することであり、飛行中、出会う少なくとも１つの垂直乱気流の航空機、特に、輸送機に対する影響を、特に効果的に軽減できる方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため、本発明によれば、この方法は、飛行中、以下の一連の連続する工程、
ａ) 航空機の外側の風の垂直成分が航空機の現在の位置で決定するために、
ａ１) 航空機の複数のパラメータの実際値が、
・ 慣性プラットフォーム(Ｃ３)により、地上に対する飛行機の垂直速度Ｖｚと、水平に対する飛行機の翼の傾斜角度φと、水平に対する飛行機の姿勢θと、そのピッチ率ｑとが、
・ 風力測定プローブ(Ｃ４)により、この飛行機がその中を移動する空気の質量に対する飛行機の速度Ｖtasが、
・ 入射プローブ(Ｃ１)により、飛行機の入射角度が、
・ 横すべりプローブ(Ｃ２)により、飛行機の横すべり角度βが
航空機の現在の位置でそれぞれ測定され、
ａ２) 上記の風の垂直成分Ｗｚが、ｌを入射プローブ(Ｃ１)と飛行機の重心との間の代数学的距離としたとき、上記の測定された実際値を考慮して以下の式により計算され、
ｃ) 上記の風の垂直成分により、少なくとも１つの制御指令が、航空機の揚力に作用できる少なくとも１つの制御可能な可動部材のために計算され、この制御指令は、垂直乱気流により航空機に生じる負荷因子の大きさを減少することのできるものであり、
ｄ) 少なくとも上記の激しさのレベルに依存する起動条件が実現しているかどうか確認するため照合がなされ、
ｅ) 上記の起動条件が実現していれば、上記の制御指令が上記の制御可能な可動部材の少なくとも１つの作動器に伝達される、
が自動的および繰り返し実施されることを特徴とする。
【０００８】
よって、本発明により、垂直乱気流の激しさのレベルは、この垂直乱気流の影響を軽減するための操作を行なうことが必要か否かを確認するために決定される。
【０００９】
そのような操作が必要であれば、航空機の全揚力は(上記の可動部材により)作用し、これにより航空機の客室のどの点でも垂直負荷因子の大きさを減少することができる。
【００１０】
こうして、本発明は、上記のタイプの激しい垂直乱気流により生じる垂直負荷因子の急激な変化に対抗できる。
【００１１】
加えて、望ましい方法では、垂直乱気流の激しさのレベルは、航空機の平衡状態での負荷因子と、垂直乱気流から生じる負荷因子との間の垂直負荷因子の偏差を関数として決定される。
【００１２】
この場合、上記の激しさのレベルは
− 垂直負荷因子の偏差が第１の所定値未満あるいはこれに等しい時は、第１のレベルに、
− 垂直負荷因子の偏差が上記の第１の所定値より大きく、かつ第２の所定値未満の時は、第２のレベルに、
− 垂直負荷因子の偏差が上記の第２の所定値より大きいかあるいはこれに等しい時は、第３のレベルに、
対応するのが好ましい。
【００１３】
第１の変形例では、垂直乱気流の上記の激しさのレベルは、風の垂直成分とその導函数との２つの線形結合に基づき決定され、第２の変形例では、上記の激しさのレベルは２つの確率の計算に基づき決定される。
【００１４】
加えて、特定の実施例では、
− 上記の制御指令は、風の垂直成分とその導函数との線形結合に基づき計算され、
− 上記の起動条件は、垂直乱気流の激しさのレベルと、上記の制御指令の値と所定の閾値との偏差との両方に依存する。
【００１５】
特定の実施例では、飛行機に対しては、制御指令が、飛行機の可動部材、即ちスポイラと補助翼との少なくとも１つに伝達され、上記の可動部材の制御により生じるピッチ・モーメントを補うように為された少なくとも１つの補助制御指令が決定され(そして飛行機の昇降舵に伝達され)る。
【００１６】
本発明は、飛行中、出会う少なくとも１つの垂直乱気流の航空機、特に、輸送機に対する影響を軽減できる装置にも関する。
【００１７】
このため、本発明によれば、この装置は、
− 航空機の揚力に作用できる少なくとも１つの制御可能な可動部材と、
− 航空機の外側の風の垂直成分を、航空機の現在の位置で決定する、
航空機の複数のパラメータの実際値を上記の現在の位置で自動的に測定する、少なくとも１つの慣性プラットフォームと、少なくとも１つの風力測定プローブと、少なくとも１つの入射プローブとを具備する１組の測定要素と、
・ 上記の風の垂直成分を、上記の測定された実際値を考慮して自動的に計算する計算手段とからなる第１手段と、
− この風の垂直成分により、航空機の外側の垂直乱気流に関する激しさのレベルを上記の現在の位置で自動的に決定する第２手段であって、この垂直乱気流の激しさのレベルを、航空機の平衡状態での負荷因子と、垂直乱気流から生じる負荷因子との間の垂直負荷因子の偏差を関数として決定するものと、
− 上記の風の垂直成分により、少なくとも１つの制御指令を、上記の制御可能な可動部材に対し自動的に計算する第３手段であって、この制御指令が、垂直乱気流により航空機に生じる負荷因子の大きさを減少することのできるものと、
− 少なくとも上記の激しさのレベルに依存する起動条件が実現しているかどうかを自動的に確認し、この起動条件が実現していれば上記の制御指令を上記の制御可能な可動部材の少なくとも１つの作動器に自動的に伝達する第４手段とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
よって、本発明による装置は垂直乱気流によって生じる垂直負荷因子の大きさを航空機のどの点においても軽減でき、また、その大きさのどの変化も減少させることができる。
【００１９】
更に、本発明によるこの装置は、揚力に影響を及ぼす任意のタイプの少なくとも１つの可動要素(スポイラ、補助翼)を備えたどのタイプの航空機(軍事用、民間用のもの)に設置できるという利点を呈する。
【００２０】
特定の実施例では、上記の第１手段は、
− 航空機の複数個の実際値を、上記の現在の位置で自動的に測定するための１組の測定要素と、
− 上記の測定された実際値を考慮して、風の垂直成分を自動的に計算するための計算手段とからなる。
【００２１】
上記１組の測定要素は、少なくとも１つの慣性プラットフォームと、少なくとも１つの風力測定プローブと、少なくとも１つの入射プローブならびに少なくとも１つの横すべりプローブとからなるのが好ましい。この横すべりプローブの使用により風の垂直成分の正確さを増加できる。一般に、上記の測定要素は航空機に既に存在しており、よって、特に本発明による装置の費用を削減できる。
【００２２】
更に、上記の装置の費用を削減するため、上記の第２および第３手段ならびに上記の計算手段は航空機の自動操縦システムの１部を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
添付図面の図により、本発明が実施される方法を明確にする。これらの図中、同一符号は同一要素を示す。
図１に略示されている、本発明に係る装置１は、飛行中出会う少なくとも１つの垂直乱気流の、航空機(図示略)、例えば、輸送機に対する影響を軽減するようになされている。乱気流は、空気の平均移動に重ね合わせられ、連続的に変形するでたらめな移動からなる空気の攪拌に相当することは既知である。乱気流は、雲の内側あるいはその近辺(例えば、反対向きの垂直気流が共存する嵐雲中)に出会う。また、地上に近くあるいは主としてジェット・ストリームに近接する非常に高い高度でも晴れた空に乱気流が存在する。
【００２４】
本発明によれば、上記の装置１は
− 航空機の揚力に作用できる少なくとも１つの制御可能な可動部材２と、
− 航空機の外側の風の垂直成分Ｗｚを、航空機の現在の位置で決定する以下に記載の手段３と、
− 上記の手段３から受け取った風の垂直成分Ｗｚにより、上記の現在の位置で航空機の外側の垂直乱気流を特徴付ける激しさのレベルを自動的に決定する手段４と、
− リンク６を介して受け取った垂直風構成要素Ｗｚにより、上記の制御可能な可動部材２に対する制御指令を、連続的に自動計算する手段５とからなる。
【００２５】
上記の制御指令は、以下のようにして、垂直乱気流によって航空機に生じる負荷因子の大きさを減少することができる。
・ (少なくとも、上記の手段４からリンク７を介して受け取った激しさのレベルに依存する)起動条件が実現しているか否か自動的に確認し、
・ 上記の起動条件が実現しており、そしてこの場合のみ、リンク９を介して、上記の制御可能な可動部材２の標準作動器８に上記の計算された制御指令を自動的に伝達する。
【００２６】
よって、本発明による装置１は垂直乱気流の激しさのレベルを決定し、垂直乱気流の影響を軽減するための操作を実施することが必要かどうかを確認する。そのような操作が必要な場合、上記の装置１は、(上記の可動部材２により)航空機の全揚力に作用し、客室のどの点においても航空機の垂直負荷因子の大きさを減少できる。こうして、本発明による装置１は、激しい垂直乱気流により生じ、一般的に急激な垂直負荷因子の変化に対抗できる。
【００２７】
好ましい実施例では、風の垂直成分Ｗｚを決定するようになされた手段３は、
− 航空機の複数のパラメータの実際値を上記の現在の位置で測定する以下に記載の測定ユニット１０と、
− 上記の測定ユニット１０にリンク１２を介して連結されており、上記の風の垂直成分Ｗｚを、上記の測定ユニット１０により測定された実際値を考慮して計算するように形成されている計算手段１１とからなる。
【００２８】
この目的のため、上記の測定ユニット１０は航空機の上記パラメータの実際値を測定するようになされた複数の測定要素あるいはセンサＣ１、Ｃ２、……、Ｃｎからなる。
【００２９】
上記の計算手段１１は、リンク１３を介して上記の手段４に、そしてリンク６を介して上記手段５に連結されている。
【００３０】
特定の実施例では、上記の手段４と５および計算手段１１は、航空機の標準自動操縦システムの、例えば、１部を形成する中央ユニット１５内に統合されている。そのような自動操縦装置は一般に航空機に既に存在するので、この特定の実施例は本発明による装置１の費用を低減しこの実施を簡単にすることができる。
【００３１】
特定の実施例では、上記の手段５は、垂直乱気流の激しさのレベルを、航空機の平衡状態で存在する負荷因子と、垂直乱気流に応答して存在する負荷因子との間の垂直負荷因子の偏差を関数として決定する。
【００３２】
この場合、上記の激しさのレベルは
− 上記の垂直負荷因子の偏差が第１の所定値、例えば０.３ｇ未満あるいはこれに等しい時で、ｇは重力により地球の表面に生じる加速値に対応するものである、(例えばレベル０と呼ばれる)第１のレベルに、
− 上記の垂直負荷因子の偏差が上記の第１の所定値(例えば、０.３ｇ)より大きくて、第２の所定値、例えば０.５ｇ未満の時は、(例えば、レベル１と呼ばれる)第２のレベルに、
− 上記の垂直負荷因子の偏差が上記の第２の所定値(例えば、０.５ｇ)より大きいかあるいはこれに等しい時は、(例えば、レベル２と呼ばれる)第３のレベルに、
対応する。
【００３３】
第１の変形例では、上記の手段４は、垂直乱気流の上記の激しさのレベルを風の垂直成分Ｗｚとその導函数との２つの直線状の組み合わせに基づき決定する。そのような直線状の組み合わせの係数は、上記のレベルが演算法により最も良く認識されるように最適化される。これらの組み合わせの１つが第１の所定閾値を越えると、レベル１が得られ、他方が第２の閾値を越えると、レベル２が得られる。レベル２がレベル１を優先する。
【００３４】
更に、第２の変形例では、上記の激しさのレベルは、２つの確率、即ち、一方は、第１の所定値以上、例えば０.３ｇ以上の(将来の所定時間、例えば１秒以内)の垂直負荷因子の偏差を経験する確率であり、他方は第２の所定値以上、例えば、０.５ｇ以上の(この将来の所定時間の間)垂直負荷因子の偏差を経験する確率の計算に基づき上記の激しさのレベルを決定する。これらの２つの確率は手段３から受け取った垂直風構成要素Ｗｚと、航空機の入射角αと、航空機のピッチ率ｑとに基づき計算される。０.３ｇの偏差と組み合わせられた確率が所定の閾値を越えると、レベル１が得られる。０.５ｇの偏差と組み合わせられた確率がもう１つの所定の閾値を越えると、レベル２が得られる。確率の式はニューラル・ネットのトレイニングに基づき得られる。レベル２がレベル１を優先する。
【００３５】
更に、特定の実施例では、上記の手段５は上記の可動部材２に対する制御指令を、風の垂直成分Ｗｚとその導函数との直線状の組み合わせに基づき計算する。
【００３６】
更に、手段５が考慮する上記の起動条件は、リンク７を介して上記の手段４から受け取った、垂直乱気流の激しさのレベルと、所定の閾値と比較される上記の制御指令の値とに依存する。システムを作動させるためには(即ち起動条件を実現させるためには)、上記の例では、激しさのレベルが少なくともレベル１であり、制御指令が所定の閾値を越える必要がある。その後、制御指令が、レベル２が現れることなく所定時間の間所定値未満であれば、制御指令はキャンセルされる。入射の導函数が負であり、激しさのレベルがレベル２からレベル１に行く場合も制御指令はキャンセルされる。
【００３７】
飛行機に応用される、図２に示されている好ましい実施例では、上記の測定ユニット１０は、リンク１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを介して、上記の計算手段１１に連結されるセンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４として、
− 飛行機の入射角度αを測定するための標準入射プローブＣ１と、
− 飛行機の横すべり角度βを測定するための標準横すべりプローブＣ２と、
− 地上に対する飛行機の垂直速度Ｖｚと、水平に対する飛行機の翼の傾斜角度φ と、水平に対する飛行機の姿勢θと、そのピッチ率ｑとを測定するための標準慣性プラットフォームＣ３と、
− 飛行機がその中を移動する空気の質量に対する飛行機の速度Ｖtasを測定するための標準風力測定プローブＣ４と
を備える。
【００３８】
この例において、上記の計算手段１１は風の垂直成分Ｗｚを以下の式により計算し、
【００３９】
更に、図２のこの例では、入射プローブＣ１ はリンク１６Ａを介して手段４と連結されて、入射角αを与え、慣性プラットフォームＣ３はリンク１６Ｃを介して上記の手段４と連結されてピッチ率ｑを与える。この入射角αとピッチ率ｑとは、上記の第２変形例に従って、垂直乱気流の激しさのレベルを決定するための手段４により使用される。
【００４０】
更に、図２の例では、本発明による装置１は可動部材として、
− 飛行機の翼１７に取り付けられており、リンク９Ａを介して上記の手段５に連結されている標準作動手段８Ａと連携する少なくとも１つの標準スポイラ２Ａと、
− 翼１７に取り付けられており、リンク９Ｂを介して上記の手段５に連結されている標準作動器８Ｂと連携している少なくとも１つの標準補助翼２Ｂとを備える。
【００４１】
前記のように、スポイラ２Ａと補助翼２Ｂとに対する制御指令は風の垂直成分Ｗｚとその導函数との直線状の組み合わせに基づいて得られる。
【００４２】
更に、特定の実施例では、上記の手段５は更に補助制御指令を決定し、この補助指令をリンク１８を介して、飛行機の水平尾部２１に取り付けられている標準昇降舵２０の標準作動器１９に伝達する。この補助制御指令は、スポイラ２Ａと補助翼２Ｂとの(本発明による)制御により生じるピッチ・モーメントを補うようになされている。上記の補助制御指令は、飛行ケース(飛行機の質量、プラットフォーム、速度および高度)に基づき計算されたゲインに従って、スポイラ２Ａと補助翼２Ｂとに比例する。色々の指令は同位相に置かれる。同位相に置くとは、各可動部材（可動部材２Ａ、２Ｂ；昇降舵２０)が設定点値を得るためのに要する時間を均等化することである。この時間は(可動部材２Ａ、２Ｂ；昇降舵２０)の内の最も遅い可動要素の時間に選択される。
【００４３】
勿論、本発明に従って決定された制御指令は、可動要素(可動部材２Ａ、２Ｂ；昇降舵２０)の作動器８Ａ、８Ｂ、１９に伝達される前に、航空機のその他の操縦部材によって標準の方法で提供された指令に重ね合わされる。よって、本発明による装置１は、航空機の自動飛行制御システムに対するように航空機の手動飛行制御システムにも同様によく適合する。
【００４４】
本発明による装置１は、よって、垂直乱気流により生じる垂直負荷因子の大きさを航空機のどの点でも軽減できる。また、この大きさのどの変化も減少することもできる。
【００４５】
更に、本発明によるこの装置１は、航空機の揚力に影響を及ぼす任意のタイプの少なくとも１つの可動部材(スポイラ２Ａ、補助翼２Ｂ)を備えたどのタイプの航空機(軍事用、民間用、商用のもの)にも設置できるという利点を呈する。
【００４６】
本発明の枠内では、風の垂直成分Ｗｚの上記の計算モードは特定のプローブあるいは航空機のシステムの外側の情報、例えば、地上あるいはその他の航空機から受け取った気象報告通信に補充あるいはこれと交換してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】 本発明に係る装置を示す略図である。
【図２】 本発明に係る装置の特定の実施例を示す略図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…垂直乱気流の航空機に対する影響を軽減できる装置、２・２Ａ・２Ｂ…可動部材(２Ａ…スポイラ、２Ｂ…補助翼)、３…第１手段、４…第２手段、５…第３手段、８・８Ａ・８Ｂ…作動器、１０…１組の測定要素、１１…計算手段、１５…自動操縦装置、２０…昇降舵、Ｖｚ…地上に対する飛行機の垂直速度、φ…水平に対する飛行機の翼の傾斜角度、θ…水平に対する飛行機の姿勢、ｑ…ピッチ率、Ｖtas…空気の質量に対する飛行機の速度、α…飛行機の入射角度、β…飛行機の横すべり角度、Ｗｚ…風の垂直成分、ｌ…入射プローブと飛行機の重心との間の代数学的距離、Ｃ１・Ｃ２・Ｃ３・Ｃ４・Ｃｎ…測定要素(Ｃ１…入射プローブ、Ｃ２…横すべりプローブ、Ｃ３…慣性プラットフォーム、Ｃ４…風力測定プローブ)。
Claims (14)
- 飛行中出会う少なくとも１つの垂直乱気流の、航空機に対する影響を軽減する方法であって、
この方法によれば、飛行中、以下の一連の連続する工程、
ａ) 航空機外側での風の垂直成分を航空機の現在の位置で決定するために、
ａ１) 航空機の複数のパラメータの実際値が、
・ 慣性プラットフォーム(Ｃ３)により、地上に対する飛行機の垂直速度Ｖｚと、水平に対する飛行機の翼の傾斜角度φと、水平に対する飛行機の姿勢θと、そのピッチ率ｑとが、
・ 風力測定プローブ(Ｃ４)により、この飛行機がその中を移動する空気の質量に対する飛行機の速度Ｖtasが、
・ 入射プローブ(Ｃ１)により、飛行機の入射角度が、
・ 横すべりプローブ(Ｃ２)により、飛行機の横すべり角度βが
航空機の現在の位置でそれぞれ測定され、
ａ２) 上記の風の垂直成分Ｗｚが、ｌを入射プローブ(Ｃ１)と飛行機の重心との間の代数学的距離としたとき、上記の測定された実際値を考慮して以下の式により計算され、
ｂ) 上記の風の垂直成分により、航空機の外側の垂直乱気流に関する激しさのレベルが上記の現在の位置で決定され、この垂直乱気流の激しさのレベルが、航空機の平衡状態での負荷因子と、垂直乱気流から生じる負荷因子との間の垂直負荷因子の偏差を関数として決定され、
ｃ) 上記の風の垂直成分により、少なくとも１つの制御指令が、航空機の揚力に作用できる少なくとも１つの制御可能な可動部材(２、２Ａ、２Ｂ)のために計算され、この制御指令は、垂直乱気流により航空機に生じる負荷因子の大きさを減少することのできるものであり、
ｄ) 少なくとも上記の激しさのレベルに依存する起動条件が実現しているかどうか確認するため照合がなされ、
ｅ) 上記の起動条件が実現している場合、上記の制御指令が可動部材(２、２Ａ、２Ｂ)の作動器(８、８Ａ、８Ｂ)に伝達される、
が自動的に実施されることを特徴とする方法。 - 上記の激しさのレベルが
− 垂直負荷因子の偏差が第１の所定値未満あるいはこれに等しい時は、第１のレベルに、
− 垂直負荷因子の偏差が上記の第１の所定値より大きく、かつ第２の所定値未満の時は、第２のレベルに、
− 垂直負荷因子の偏差が上記の第２の所定値より大きいかあるいはこれに等しい時は、第３のレベルに、
対応することを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 工程ｂ)において、垂直乱気流の上記の激しさのレベルは、風の垂直成分とその導函数との２つの線形結合に基づき決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
- 工程ｂ)において、垂直乱気流の激しさのレベルが、第１所定値以上の負荷因子の偏差を経験する確率と、第２所定値以上の負荷因子の偏差を経験する確率との２つの確率の計算に基づき決定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
- 工程ｃ)において、上記の制御指令は、風の垂直成分とその導函数との線形結合に基づき計算されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
- 工程ｄ)において、上記の起動条件が、垂直乱気流の激しさのレベルと、上記の制御指令の値と所定の閾値との偏差とに依存することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
- 飛行機に対して、工程ｄ)において、制御指令が、飛行機の可動部材、即ちスポイラ(２Ａ)と補助翼(２Ｂ)との少なくとも１つに伝達され、上記の可動部材(２Ａ、２Ｂ)の制御により生じるピッチ・モーメントを補うように為された少なくとも１つの補助制御指令が決定され、そして飛行機の昇降舵(２０)に伝達されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
- 飛行中、出会う少なくとも１つの垂直乱気流の、航空機に対する影響を軽減できる装置であって、この装置(１)は、
− 航空機の揚力に作用できる少なくとも１つの制御可能な可動部材(２、２Ａ、２Ｂ)と、
− 航空機の外側の風の垂直成分を、航空機の現在の位置で決定する、
・ 航空機の複数のパラメータの実際値を上記の現在の位置で自動的に測定する、少なくとも１つの慣性プラットフォーム(Ｃ３)と、少なくとも１つの風力測定プローブ(Ｃ４)と、少なくとも１つの入射プローブ(Ｃ２)とを具備する１組(１０)の測定要素(Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃｎ)と、
・ 上記の風の垂直成分を、上記の測定された実際値を考慮して自動的に計算する計算手段(１１)とからなる第１手段(３)と、
− 上記の風の垂直成分により、航空機の外側の垂直乱気流に関する激しさのレベルを上記の現在の位置で自動的に決定する第２手段(４)であって、この垂直乱気流の激しさのレベルを、航空機の平衡状態での負荷因子と、垂直乱気流から生じる負荷因子との間の垂直負荷因子の偏差を関数として決定するものと、
− 上記の風の垂直成分により、少なくとも１つの制御指令を、上記の制御可能な可動部材(２、２Ａ、２Ｂ)に対し自動的に計算する第３手段(５)であって、この制御指令が、垂直乱気流により航空機に生じる負荷因子の大きさを減少することのできるものと、
− 少なくとも上記の激しさのレベルに依存する起動条件が実現しているかどうか自動的に確認し、この起動条件が実現していれば上記の制御指令を上記の制御可能な可動部材(２、２Ａ、２Ｂ)の少なくとも１つの作動器(８、８Ａ、８Ｂ)に自動的に伝達するように形成されている第４手段(５)と
を備えていることを特徴とする装置。 - 上記の測定要素の１組(１０)が、更に、少なくとも１つの横すべりプローブ(Ｃ２)を備えることを特徴とする請求項８に記載の装置。
- 上記の第２および第３手段(４、５)ならびに上記の計算手段(１１)が航空機の自動操縦装置(１５)の一部を形成することを特徴とする請求項８または９に記載の装置。
- 上記の可動部材がスポイラ(２Ａ)であることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の装置。
- 上記の可動部材が補助翼（２Ｂ）であることを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の装置。
- 請求項１から７のいずれか１項に記載の方法を実施できる装置(１)を備えた航空機。
- 請求項８から１２のいずれか１項に記載の装置(１)を備えた航空機。
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